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退火温度对TiO2粉末结构和光催化性能的影响

辛曦光吉林师范大学物理学院08级2班0808416

指导教师：吴向尧（教授）

摘要：二氧化钛粉末为白色，俗称钛白，它是重要的无机功能材料，广泛应用于社会生活的诸多领域当中，在国民经济建设中发挥着非常重要的作用。研究退火温度对TiO2粉末结构和光催化性能的影响，通过拉曼光谱来研究不同退火温度样品的结构和光催化性能的变化。

关键词：TiO2的晶体结构；TiO2的性质；退火温度；TiO2粉末结构；光催化性能

Abstract:twotitaniumdioxidepowderiswhite,commonlyknownaswhite,itisanimportantinorganicfunctionalmaterials,arewidelyusedinmanyfieldsofsociallife,inthenationaleconomyplaysaveryimportantrole.StudyofannealingtemperatureonstructureandphotocatalyticperformanceofTiO2powdereffect,bymeansofRamanspectroscopytothestudyofdifferentannealingtemperaturesamplestructureandphotocatalyticpropertiesofchange.

Keywords:thecrystalstructureofTiO2;TiO2;annealingtemperature;TiO2powderstructure;photocatalyticperformance

EffectofannealingtemperatureonstructureandphotocatalyticperformanceofTiO2powdereffect

XinXiguangJilinNormalUniversityPhysicsSchollClass2,Grade2008

DerectiveTeacherWuXiangyao(Professor)

0.TiO2的晶体结构

TiO2是一种宽禁带半导体，有三种晶体结构，即金红石型、锐钛矿型和板钛矿型结构。这三种结构的共同点是，其组成结构的基本单元都是TiO6八面体，如图1-1所示。三种结构的区别在于，金红石型的八面体是沿对角线拉长的八面体，Ti—O1键比Ti—O2键稍长，但O1—Ti—O2的键角没有变化，仍为90°。在锐钛矿晶型中，八面体的两个O1沿着四重轴的方向进一步畸变，O1—Ti—O2的键角不再是90°。板钛矿型八面体中与Ti连接的O只有一种，但是O—Ti—O键角发生了变化，不是90°或180°的规则角度。

图1-1三种晶型的基本结构单元

(a)金红石型；(b)锐钛矿型；(c)板钛矿型

金红石(Rutile)锐钛矿(Anatase)板钛矿(Brookite)

图1-2TiO2的三种晶体结构

TiO2三种晶体结构中，TiO6八面体的连接方式是不同的。锐钛矿结构是由八面体共边组成，金红石和板钛矿则是由八面体共顶点且共边组成，如图1-2所示。金红石型和锐钛矿型为四方晶系，板钛矿型为斜方晶系。表1-1为三种TiO2的结构数据。

表1-SEQ表1-\*ARABIC1三种TiO2的结构数据

TiO2结构

晶系

空间群

Z

晶格常数/nm

a

b

c

板钛矿

斜方

Pbca

8

0.9182

0.5456

0.5143

锐钛矿

四方

I41/amd

8

0.3784

0.3784

0.9512

金红石

四方

P42/mnm

2

0.4593

0.4593

0.2959

1.TiO2的性质

锐钛矿、金红石和板钛矿都是宽禁带半导体，由于内在的晶体结构不同，所以具有不同的物理化学性质，详见表1-2。板钛矿极不稳定，在通常情况下很少存在。室温下锐钛矿的禁带宽度为3.2eV，其还原能力弱而氧化能力强，具有较高的催化活性。金红石的禁带宽度为3.0eV，是最稳定的相结构。在高温条件下。锐钛矿相和板钛矿相最终都会转变成金红石相。

表1-2不同相TiO2的物理化学性质

性质

锐钛矿

板钛矿

金红石

生成热(kJ/mol)

-912.5

__

-943.5

绝对熵S（J/k﹒mol）

49.92

__

50.25

熔点(℃)

变成金红石

变成金红石

1855

熔化热(kJ/mo